《金属熔炼与铸锭》课程实验指导书及实验报告撰写要求内容.pdf

纯铝的熔炼与铁模铸锭一、实验目的1、通过纯铝的熔炼与铁模铸锭了解有色金属熔铸的一般工艺和操作知识。2、观察铝锭横截面的铸造组织形貌了解形成晶粒组织的三个晶区。3、改变浇铸工艺条件研究不同的浇铸工艺条件对铸锭晶粒组织的影响。二、实验原理金属和合金的铸锭晶粒组织一般较为粗大对铸件横断面稍加打磨、抛光和腐蚀就可直接进展观察。铸锭晶粒组织常见三个晶区形貌如图1所示。〔1〕外表细等轴晶区当过热金属浇入锭模时锭模对熔液产生强烈过冷在模壁附近形成大量的晶核生长成枝状细等轴晶。同时浇铸引起的动量对流液体外温差引起的热对流以与由对流引起的温度起伏促使模壁上形成的晶粒脱落和游离增加凝固区的晶核数目因而形成了外表细等轴晶区。图1具有三个晶区的铸锭晶粒组织示意图〔2〕柱状晶区在外表细等轴晶区生长方向与散热方向平行的晶粒得到优先生长而与散热方向不平行的晶粒那么被抑制。这种竞争生长的结果使愈往铸锭部晶粒数目愈少优先生长的晶粒最后单向生长并互相接触而形成柱状晶区。柱状晶区是在单向导热与顺序凝固条件下形成的。凡能阻止晶体脱离模壁和在固/液界面前沿形核的因素均有利于扩大柱状晶区。浇铸温度高固/液界面前沿温度梯度大凝固区窄从界面上脱落的枝晶易于被完全熔化。〔3〕中心等轴晶区柱状晶生长到一定程度由于前沿液体远离模壁散热困难冷速变慢而且熔液中的温差随之减小这将阻止柱状晶的快速生长当整个熔液温度降至熔点以下时熔液中出现许多晶核并沿各个方向长大就形成中心等轴晶区。形成中心等轴晶区的晶核主要来源于三种途径：外表细等轴晶的游离；枝晶的熔断与游离；液面或凝壳上晶体的沉积。1/4凡能阻止游离到铸锭中心的晶粒完全熔化的因素均有利于促进中心等轴晶区的形成。铸锭的结晶过程与其组织与金属的冷却条件、浇铸时熔体的温度、变质处理条件等因素有关。改变金属的浇铸温度对结晶过程有影响作用。当液态金属过热越多时浇筑后沿铸锭截面的温差越大越有利于按顺序凝固的方式结晶形成柱状晶组织。但是过热度太大非自发核心数目减少会使晶粒粗大化。通过参加一定数量的变质剂进展变质处理能够增加结晶时的形核数。因此在其他条件一样时添加适量变质剂可以细化晶粒。三、主要仪器与耗材1、坩埚炉、石墨坩埚、坩埚钳、φ25mm钢模、纯铝〔99%〕；2、弓锯、台钳、砂纸、腐蚀液〔硝酸∶盐酸=1∶1〕。四、实验容和步骤实验容：1、本实验研究不同的浇铸温度和晶粒细化剂对铸锭组织的影响。2、按表1所示的浇铸工艺条件浇铸铝锭。3、观察不同浇铸条件下浇铸的铝锭其横截面的宏观组织分析浇铸工艺条件对铸锭组织的影响。表1浇铸工艺条件组别模壁材料模子温度〔℃〕浇铸温度〔℃〕细化剂1钢室温720—2钢室温920—3钢室温720Al-Ti-B注：晶粒细化剂的添加量为熔体重量的1.5～2‰。实验步骤：1、每组使用一个坩埚炉将足够量的铝锭装入石墨坩埚并放入炉。将坩埚炉升温至720℃保温使之熔化。2、在铝全部熔化后保温15min确保铝液温度在720℃左右取出浇铸第一个锭。将坩埚放回炉升温至920℃保温15min再浇铸第二个锭。然后将炉温降至720℃保温15min向熔体参加细化剂搅拌均匀再浇铸出第三个铸锭。2/43、待钢模的铝锭凝固冷却后取出用钢印在两端打上实验批次编号以便识别。4、用台钳将铝锭夹住在中部沿横截面垂直锯开。5、将锯切面用锉刀锉平整用180号和400号砂纸磨平再用腐蚀液浸蚀显示出其横断面的结晶组织。6、用体式显微镜拍摄下铸锭宏观组织图片进展分析、比拟撰写实验报告。五、实验报告要求1、画出铸锭结晶组织示意图